Forskere har for første gang oppdaget to-dimensjonale magneter som er dannet av et enkelt lag av atomer og kan bane vei for mer kompakte og effektive enheter.
Magnetiske materialer danner grunnlag av teknologier som spiller en stadig mer sentral rolle i våre liv i dag, inkludert sensing og hard-disk lagring av data.
For mindre og raskere enheter, og forskerne er på utkikk etter nye magnetiske materialer som er mer kompakt, mer effektiv og kan kontrolleres ved hjelp av presise, pålitelige metoder.
Et team ledet av University of Washington (UW) og Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har for første gang oppdaget magnetisme i 2D-verden av monolayers, eller materiale som er dannet av en enkelt atomic layer.
Funnene, som er publisert i tidsskriftet Nature, viser at magnetiske egenskaper kan finnes selv i 2D-verden – å åpne en verden av potensielle programmer.
“Hva har vi oppdaget her er en isolert 2D-materiale med egenverdi magnetisme, og magnetisme i systemet er meget robust,” sa Xiaodong Xu, en professor ved UW.
“Vi ser for oss at ny informasjonsteknologi kan dukke opp basert på disse nye 2D-magneter,” sa Xu.
Forskere har tidligere vist at CrI3 – i sin flerlags, 3D, bulk crystal form – er ferromagnetisk, det vil si at det har noen magnetiske egenskaper.
Det er imidlertid ingen 3D-magnetiske stoff tidligere hadde beholdt sine magnetiske egenskaper når tynnet ned til et enkelt atom-ark. Faktisk, monolayer materialer kan vise unike egenskaper som ikke er sett i sine flerlags, 3D former.
“Du rett og slett ikke kan forutsi nøyaktig hva den elektriske, magnetiske, fysiske eller kjemiske egenskaper av en 2D monolayer krystallen vil være basert på virkemåte av sin 3D bulk motstykke,” sa Bevin Huang, doktorgradsstudent ved UW.
Atomer innen monolayer materialer anses som to-dimensjonale fordi elektronene kan bare reise innen atom-ark, som brikker på et sjakkbrett.
For å oppdage egenskapene til CrI3 i sin 2D form, laget bare brukt Scotch tape til å barbere en monolayer av CrI3 av de større, 3D crystal form.
“Bruker Scotch tape for å exfoliate en monolayer fra sin 3D bulk krystall er overraskende effektiv,” sier Genevieve Clark, doktorgradsstudent ved UW.
Forskerne oppdaget magnetiske egenskaper i CrI3 ved hjelp av en spesiell type av mikroskopi.
I CrI3 flak som er to lag tykt, magnetiske egenskaper forsvunnet, og tilbake i tre-lags CrI3. Forskerne må gjennomføre ytterligere studier for å forstå hvorfor CrI3 vises disse bemerkelsesverdige er laget avhengige av magnetiske faser.
“2D monolayers alene tilbyr spennende muligheter til å studere den drastiske og presis elektrisk kontroll av magnetiske egenskaper, som har vært en utfordring å realisere ved hjelp av deres 3D-bulk krystaller,” sa Xu.
“Men en enda større mulighet kan oppstå når du stable monolayers med forskjellige fysiske egenskaper sammen. Der kan du få enda mer eksotiske fenomener ikke har sett i monolayer alene eller i 3D-bulk krystall,” Xu lagt til.